压力容器设计审核人员培训压力容器设计计算和绘图软件

压力容器

设计审批人培训

（六）

二〇一二年二月内容简介一、压力容器设计计算应用软件二、CAD画图应用软件

一、压力容器设计计算应用软件计算软件SW6-1998《过程设备强度计算软件包》LANSYSPV1.2《压力容器强度设计系统》VAS2.0《压力容器分析设计系统》1、SW6《过程设备强度计算软件包》

SW6-98《过程设备强度计算软件包》，是以国标GB150-98《钢制压力容器》；GB151-99《钢制管壳式换热器》；GB12337-98《钢制球形储罐》；JB/T4710-2005《钢制塔式容器》；JB/T4731-2005《钢制卧式容器》及HG20582-98《钢制化工容器强度计算规定》为编制依据。它的运行环境为WINDOWS系统，此软件在运行过程中直观、方便、灵活。

该软件包含了10个设备计算程序，每个设备计算程序既可进行设备的整体计算，也可进行该设备中某一个零部件的单独计算。

零部件计算程序可单独计算最为常用的受内、外压的圆筒和各种封头，以及开孔补强、法兰等受压元件，也可对HG20582-1998《钢制化工容器强度计算规定》中的一些较为特殊的受压元件进行强度计算。十个设备计算程序则几乎能对该类设备各种结构组合的受压元件进行逐个计算或整体计算

由于SW6-1998以Windows为操作平台，不少操作借鉴了类似于Windows的用户界面，因而允许用户分多次输入同一台设备的原始数据、在同一台设备中对不同零部件原始数据的输入次序不作限制、输入原始数据时还可借助于示意图或帮助按钮给出提示等，极大地方便用户使用。一个设备中各个零部件的计算次序，既可由用户自行决定，也可由程序来决定，十分灵活。

为了便于用户对图纸和计算结果进行校核，并符合压力容器管理制度原始数据存档的要求，本软件可以打印用户输入的原始数据。计算结束后，分别以屏幕显示简要结果及直接采用WORD表格形式形成按中、英文编排的《设计计算书》等多种方式，给出相应的计算结果，满足用户查阅简要结论或输出正式文件存档的不同需要。⑴.SW6-98在使用过程中有以下特点:在数据输入时可随时退出程序运行，程序运行时数据输入和运算可以任意交替进行，对于结构数据的输入在界面上采取了图形提示，在一个设备计算程序中，各数据输入页面可方便的随意切换。计算结果可用两种形式输出。一种是屏幕显示，另一种是通过WORD以表格形式打印输出或作为文件存放。⑵．SW6-98软件内容SW6-98软件有10个设备级计算程序，一个零部件计算程序和一个用户材料数据库管理程序。每个计算程序有对应的一组图标，只要点击图标就能使某个程序运行。SW6-98对一种设备的输入数据文件都规定了一个后缀名。

10个设备计算程序和一个零部件计算程序的后缀名见下表

可用于计算超出GB151-1999范围的固定管板

按JB4732-95所给出的解析方法进行固定管板计算的模块，并已将其集成到SW6-1998中。该模块主要针对超出GB151-1999范围的一些固定管板结构，给出了进行设计计算的补充手段。具体来说，该模块的计算方法是基于JB4732-95附录Ⅰ，可用于计算以下结构的固定管板结构。1、b型和e型管板结构中管板周边不布管区较宽（k＞1）的结构；2、管板与壳程筒体法兰搭焊连接的结构；3、管板与壳程筒体法兰平齐焊连接的结构。另外，对于k≤1的b型和e型管板结构，本模块实际也能计算。考虑到这两种结构在GB151-1999计算方法的范围之内，对于同样的一个结构，，按GB151-1999的方法和按JB4732-95的方法进行计算所得到的结果必定有所不同。因此，本模块在给出计算结果的同时，将提示用户，对于这样的结构，应采用GB151-1999的方法进行计算。本模块采用的应力评定准则同GB151－1999。2、LANSYSPV1.2《压力容器强度设计系统》⑴LANSYSPV1.2计算内容a、GB150-1998b、GB151-1999c、GB19749-1997压力容器波形膨胀节

d、大开孔（HG20582-1998压力面积法）LANSYS依据GB150-1998、GB151-1999、GB16749-1997、GB12337-1998、JB4731-2000、JB4710-2000、HG/T20569-94及有关基础标准进行编制，在尊重原标准及行业习惯的原则下作了合理的分类，八十多种零件项(计算项)归纳为壳与封头、平盖与法兰、换热器零件、非圆形截面容器、筒体端部五类，设备类包括换热器、卧式容器、直立容器、搅拌器等几大类。

LANSYS以用户为中心运作。用户选择需要的设备，并可添加零件，更可以由用户组合零件建立自己的设备，甚至零件名称也可由用户命名。LANSYS强大的及时计算功能，加上数据输入、图形提示、计算结果同页集成，用户所见即所得，甚至重要的中间数据也能及时看到，直观高效。

带页标签的工作簿式设计，使得计算项之间的切换准确快捷，如同翻看设计书一样，而且计算项计算通过后页标签图标将由红色变为绿色。输入数据缺省值设置、标准元件数据套用功能(如法兰、型钢)，不仅降低了用户工作强度，也为用户提供了参考数据。LANSYS自动产生规范化格式、加入封面、目录及图形公式甚至表格的设计计算书，方便用户存档。

LANSYS具有强大的项目文件组织管理功能,诸如多文档功能、复制粘贴功能、排序删除功能等。项目文件包括计算内容、计算模式、输入输出数据及报告，这些内容均由LANSYS自主管理，无须第三方软件支持，文件非常小，通常只有10K左右。

LANSYS合乎标准的专业纠错提示，使用户的疏漏减为最少，如管板管孔数太多，LANSYS也能提示纠错。设备项目中各计算项的设计压力、设计温度、公称直径、压力试验类型四项数据相互关联，一经修改，相关计算项全部动态产生计算结果，自动找出计算项中试验压力最小值作为设备试验压力。

翔实的LANSYS帮助，尽可能引用标准原文原图，用户在得到准确帮助的同时，又能熟悉标准本身。材料录入与管理功能，使用户可以方便地使用标准以外的材料。3、VAS2.0《压力容器分析设计系统》

VAS2.0《压力容器分析设计系统》是北京飞箭软件有限公司（现为北京大通日盛工程软件开发有限公司）依据《钢制压力容器—分析设计标准(JB4732—95)》独立研制开发，用于压力容器有限元分析的专用软件。它集合理的力学模型、优化的网格剖分和巧妙的内存管理于一体，同时辅以Windows风格的用户界面和强大的可视化功能，并采用工程化的数据输入方式。在压力容器分析设计领域，该软件与国外通用有限元软件相比，易学易用，便捷高效。在多方听取了压力容器行业专家的建议后，经过专业开发人员的开发的专用于压力容器分析设计的最新版本。

它采用面向对象的软件设计技术，运行于Windows中文环境下，将数据输入、网格生成、有限元计算、后处理、图形显示等功能集成为一体。具有操作简便、实用性好、可靠性高、图形功能强大等特点的基础上，同时汲取了国外软件的许多优点，在功能上和适用范围上有较大的拓展；在设计流程、用户界面、可视化处理等方面都做了重大改进；算法更为高效合理，精度大为提高，某些方面已达到或超过国外同类软件的水平。这些主要具体体现在：具有法兰类、夹套类、管板换热器类、球型储罐类和多层膨胀节等部件，并且全部开孔接管增加了整体补强形式和内插形式，使本软件可处理的部件类型多达二十六种，几乎涵盖了《JB4732-95》标准中列出的所有部件类型；计算流程更贴近容器设计过程；自动生成分析报告；按照国家行业标准《JB4732-95》计算容器壁厚；网格剖分更加优化合理；增加材料库，大大简化材料参数输入；交互式后处理功能；功能更加强大的图形显示；有限元分析改为双精度计算，精度大为提高；

其中VAS2.0最突出的特点是：它能自动将用户输入的原始数据、部件解析厚度计算结果、位移及应力分析结果、疲劳分析、强度校核结果等汇总起来生成完整的应力分析报告，完成这些工作您只需用鼠标点击一个菜单项而已（就这么简单!），这就极大地方便了用户，最大限度地减轻了工程设计人员的工作量，目前即使国外同类软件也尚无这些功能。

该软件包将各种压力容器部件归结为几种典型模型，用户只需选择模型，并按界面显示的对话框填入几何尺寸参数、网格剖分控制参数、材料参数和边界条件，系统的前处理模块便会自动生成有限元网格，然后用户可在系统集成环境控制下交互执行“网格生成←→图形显示←→有限元计算”，直到对结果满意为止。典型部件椭圆封头碟型封头球冠封头柱壳锥壳接管球壳接管椭圆封头补强圈补强柱壳补强圈补强锥壳补强圈补强三通四通使用ans_vas接口计算的大开孔部件：偏锥补强大开孔大开孔三通双侧大开孔四通实用的计算模型线弹性静力计算温度场、热应力疲劳计算应力分类JB4732理论壁厚部分模型负压稳定性计算极限载荷计算新加管板部件介绍581无内筒三维管板结构形式：是否管板兼作法兰；是否有膨胀节59筒体及法兰的主要几何参数：h—分析高度；d1—法兰外边缘直径；d2—螺栓孔中心圆直径；d3—螺栓孔直径

；

d4—筒体内直径；t1—筒体壁厚；t2—筒体与管板的焊缝宽度；t3—管板厚度；t4—壳程侧管板开槽宽度；h3i—管板上表面到焊缝顶点的距离；h3o—法兰上表面到焊缝顶点的距离。60管板不兼作法兰且无膨胀节时的模型：61约束条件：62管板不兼作法兰但有膨胀节时的模型：63边界条件：64边界条件：652带圆角且不兼作法兰的管板对于无内筒三维管板，当管板不兼作法兰时，壳程筒体和管程筒体的厚度必须相同，而且管板与两程筒体连接时对接焊。为了弥补这一缺陷，加入此部件。66主要几何参数：

d1—筒体内直径；c1—筒体长度；c2—筒体侧短节长度；t1—筒体厚度；r1—筒体侧圆弧半径；r2—箱体侧圆弧半径；d8—外限定圆直径；t5—管板厚度；d6—管箱内直径；c8—管箱长度；c9—管箱侧短节长度；t4—管箱厚度。67模型图：68约束条件：692有内筒三维管板结构形式：70主要几何参数与无内筒三维管板相同。约束条件（对法兰上载荷的处理）：71边界条件：72边界条件：733再沸器结构形式：是否管板兼作法兰；是否有膨胀节74主要几何参数：

d1—管箱内直径；d2—小端筒体内直径；d3—大端筒体内直径；h1—管箱侧短节长度；h2—管箱长度；h3—膨胀节与偏锥间的小端筒体长度；h4—偏锥小端直边长度；h5—偏锥大端直边长度；h6—大端筒体的长度；h7—筒体侧短节长度；h8—管板与膨胀节间的小端筒体长度；a1—偏锥的最大偏角

；t1—管箱厚度；t2—小端筒体厚度；t3—偏锥壁厚；t4—大端筒体壁厚；t5—管板厚度；r1—筒体侧圆弧半径；r2—箱体侧圆弧半径；r3—偏锥小端挝边半径；r4—偏锥大端挝边半径。75不带膨胀节时的模型：76约束条件：77边界条件与无内筒三唯管板完全相同。另外，再沸器还做了有两端管板的整体模型。比前者的优点是可以体现温度载荷沿着轴向的变化，三维模型，其约束条件和载荷条件如下所述。78模型图：79约束条件：80边界条件：814浮头式管板主要几何参数：h—换热管长度；d1—下管板外直径；d2—上管板外直径；d3—外限定圆直径d4—下管板垫片反力作用中心圆直径；d5—上管板垫片反力作用中心圆直径；d6—螺栓孔中心圆直径；t1—下管板厚度；t2—上管板厚度。82模型图：83约束条件：84约束条件：85边界条件：86管板分析注意事项沿轴线取二分之一建模的模型，分析高度是两管板之间距离的一半。筒体或换热管的轴向剖分加密因子越接近于1轴向网格越接近均分，越接近0网格轴向长度疏密程度相差越大。总体网格疏密系数取默认值1就可以。管板兼作法兰时，螺栓孔加密倍数是螺栓的网格加密参数，最小可以给2。其值越大螺栓孔周围网格越密。87二、CAD画图应用软件1、PVCADV3.5《化工设备CAD施工图软件包》⑴、PVCAD所用的绘图图素，如点、线、面、块等内容以DXB文件形式与AutoCAD接口，运行速度快（形成一张总图只需约1分钟），形成文件小，兼容性强，也为用户输出图形、增加非标零部件及图面修改提供了必要手段。

⑵、PVCADV3将现行化工设备设计行业标准中GB、JB、HG、等标准编制在本软件包内，同时将一些常用的非标零部件也收集在内，结合行业制图标准，形成一套能满足工程实际的卧式容器、立式容器、填料塔、板式塔（浮阀塔、筛板塔）、固定管板兼作法兰换热器（立式、卧式）、固定管板不兼作法兰换热器（立式、卧式）、U形管换热器（立式、卧式）、浮头式换热器、带夹套搅拌反应器和球罐等十大类设备绘图软件包。PVCADV3可绘制的工程设备设计图纸达80％～90％，约85％以上直接满足施工图要求。⑶、PVCADV3采用程控方式，用户一次输入数据，程序可自动绘制出整套施工图(总装图和零、部件图)，几乎无需用户中间输入数据和中间干预。在形成施工图时，程序由符合工程实际的专家系统帮助判断零部件在施工图上的位置、施工图比例、布图、尺寸标注、自动排列、拉件号、列出材料明细表及管口表等。

⑷、在PVCADV3和过程设备强度计算软件包（SW6-1998）之间提供了数据接口，使得PVCADV3可直接打开SW6-1998的数据文件，设计人员不再需要重复输入那些运行SW6-1998已输入或计算得到的数据。⑸、PVCADV3能根据用户提供的图签（DWG文件）和设计数据表或技术特性表（DWG文件）绘制出基本符合用户单位图签和设计数据表或技术特性表要求的施工图。

⑹、PVCADV3在程控基础上保留了供用户灵活设计的接口，如空件号输入、特殊要求加入及显示图形后标注焊缝符号等，还增加了在设备总图形成以后，在不退出AutoCAD的情况下，直接在图纸上添加某些零部件的功能。如可在塔器底部添上U形管束作为再沸器、在容器中添上蛇形加热管等。

⑺、由于PVCADV3以Windows为操作平台，不少操作借鉴了类似于Windows的用户界面，因而允许用户在同一台设备中对不同零部件原始数据的输入次序不作限制，用户在进行结构数据输入时，屏幕上除了文字说明外，还有了图形提示，这将进一步帮助用户理解结构数据的含义，大大方便用户的操作。另外，屏幕上出现的对输入数据的进一步提示说明和程序的在线帮助系统，也能避免用户可能出现的对数据含义的误解。2、

EPDRAW《过程设备CAD绘图软件包》⑴EPDRAW可用于AUTOCAD2008版本

EPDRAW是一套化工设备设计专业使用的专用辅助绘图软件包，它主要是为化工设备设计中的容器和设备而编制。包括：常用标准零部件，常用设备结构，辅助绘图工具、图幅和图表处理、图面标注、文字处理等多种应用程序。由于采用的是菜单调用的拼装式绘图方式，因此它的最大特点是适用范围广，可以不受限制地绘制各种不同类型的容器和设备。该软件包针对目前大多数设计人员不熟悉计算机的特点，采取“尽可能接近手工设计习惯”而进行软件的编制，将复杂的ＣＡＤ命令变为易懂的菜单名，可以使不懂ＣＡＤ操作命令的人在短期内学会使用。（2）对于有一定AUTOCAD基础的设计人员还可自行针对工作中较常出现的设备，利用软件中提供的程序模块编制专用设备的ＣＡＤ绘图软件。同时也可针对本单位日常使用的情况,增加一些标准零部件和功能。软件中所用标准零部件的数据库采用开放的ASCII文本结构，不仅修改方便，而且对标准零部件版本更新后的维护及重新建库也比较容易。从目前使用情况看，该软件深受一线设计人员的欢迎。比较适用于化工设备专业及其相关专业的ＣＡＤ设计。LANSYS计算软件演示EPDRAW2008绘图演示压力容器设计的核心问题：

研究容器在外载荷作用下，有效抵抗变形和破坏的能力，处理强度、刚度和稳定性问题，保证容器的安全性和经济性。

设计体会应正确和熟练的掌握压力容器相应的标准、规范不断的积累经验，扩大知识面正确解决压力容器设计、制造中的实际问题一定要有安全和经济的意识

谢谢大家第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机